<Desc/Clms Page number 1>
Kapazitätsarmer Spannungsteiler für Höchstspannungen
Für die genaue Messung von Stossspannungen, speziell von in der Stirn abgeschnittenen Stosswellen, benötigt man Spannungsteiler extrem niedriger Kapazität, da die Eigenfrequenz des aus Zuleitungsinduk- tivität und Teilerkapazität bestehenden Schwingungskreises in der Grössenordnung voneinigenMHzgehal- ten werden muss, wenn nicht durch die sich dem zu messenden Vorgang überlagernde, in diesem Schwin- gungskreis angeregte Eigenschwingung eine unzulässige Verfälschung verursacht werden soll.
Für die Induktivität der Zuleitung zwischen dem Spannungsteiler und dem jeweiligenprüfobjekt muss bei sehr hohen Spannungen mit Werten der Grössenordnung von 10 ,uH gerechnet werden, da wegen der erforderlichen Spannungsabstände eine gewisse Leitungslänge nicht unterschnitten werden kann. Um die Eigenfrequenz genügend hochzuhalten, muss daher die Tellerkapazität möglichst klein bleiben und soweit als möglich in der Grössenordnung von 100 bis 200 pF liegen.
FUr Spannungen bis 2 MV sind nach diesen Prinzipien aufgebaute Widerstandsteiler bekannt, bei denen die Hochspannungselektrode zu einem Schirm erweitert ist, wodurch das Potential in der Umgebung der Messimpedanz so gesteuert wird, dass jedes Element der Messimpedanz an einer Stelle angeordnet werden kann, deren elektrostatisches Potential gleich seinem Potential ist. Oberhalb dieser Spannungswerte
EMI1.1
Teilerwiderstandes der Schirmdurchmesser extrem gross gehalten werden muss, wobei ausserdem bei ungünstiger Formgebung die Gefahr von Teilentladungen in der umgebenden Luft besteht, durch welche die Potentialverteilung entlang des Widerstandes gestört werden könnte.
Vielfach kommen auch in bekannter Weise Spannungsteiler mit die Messimpedanz eng umschliessender Steuerkapazität (brit. Patentschrift Nr. 220, 785) zur Anwendung. Bei diesen muss jedoch das Potential des Steuerkondensators überall genau mit demjenigen der Messimpedanz übereinstimmen, da bereits bei kleineren Abweichungen stärkere rückwärtige Beeinflussungen des Stromes in der Messimpedanz durch die relativ grossen Kopplungskapazitäten zwischen der Messimpedanz und den sie umhüllenden Steuerelektroden auftreten. An dieser Tatsache ändert sich auch wenig, wenn man die Messimpedanz in gewissen Abständen mit ringförmigen Steuerelektroden umgibt, welche diese eng umschliessen und mit einem besonderen Steuerkondensator gepolt sind.
In diesem Fall heben sich die entgegengesetzten Beeinflussungen auf die potentialmässig höher und tiefer als die Steuerelektroden liegenden Teile der Messimpedanz nur dann gegenseitig auf, wenn die Steuerelektroden genau auf dem mittleren Potential der benachbarten Teile der Messimpedanz liegen.
Um bei dieser Ausführungsform auch bei höheren Spannungen eine genügend gleichmässige Spannungsverteilung entlang des Steuerkondensators zu erreichen, muss dieser mit relativ grosser Kapazität gewählt werden, da sonst die von aussen angreifenden Streukapazitäten gegen Erde diese Spannungsverteilung verändern und dadurch eine Rückwirkung auf die Messimpedanz zur Folge haben. Dadurch ist es nicht mehr möglich, die Kapazität des Spannungsteilers genügend klein zu halten, weshalb die mit dieser Ausführung erreichbare Messgenauigkeit bei Stossspannungen in vielen Fällen unbefriedigend bleibt.
Auch bei kapazitiven Spannungsteiler für hohe Wechselspannungen ist es erwünscht, eine extrem niedrige Teilerkapazität bei hohen Maximalspannungen zu erreichen, da sich bei grossen Teilerkapa- zitäten eine zu grosse kapazitive Belastung des Prilftransformators ergeben kann.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Potentialverlauf entlang der Messimpedanz so zu führen, dass die Rückwirkung der Steuerelektroden auf die Messimpedanz klein bleibt und die durch Streukapazitäten bedingten Verfälschungen im Spannungsteiler innerhalb zulässiger Grenzen bleiben.
Im Gegensatz zu den bisher üblichen Anordnungen wird dabei das Potential entlang der Messimpedanz
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
gesonderten Steuerkondensator C gepolt, wobei die Teilkapazitäten desselben so gestuft sind, dass sich durch die Kombination der Steuerkapazitäten CS1'.. Csi und der Streukapazitäten gegen Erde Ce... Cei gemäss dem Ersatzschaltbild Fig. 2 eine ungefähre lineare Spannungsverteilung über die Steuerkapazitäten Cs und damit auch entlang der von diesen umgebenen Teilerimpedanz J ergibt.
Der Durchmesser dieser ringförmigen Steuerelektroden muss ein Mehrfaches grösser als der Durchmesser der eigentlichen Messimpedanz sein. Die Kopplungskapazitäten zwischen den Ringen und der Messimpedanz sind dann so klein, dass auch bei gewissenAbweichungen von dergleichmässigenPotentialsteuerung die von den Steuerringen auf die Messimpedanz übertragenen Störspannungen klein bleiben.
Dadurch ist es möglich, die Steuerkapazität sehr klein zu wählen, wobei bewusst Glimmerscheinungen, Einfluss verschieden grosser Streukapazitäten, Streuungen in der Anordnung von Steuer- und Messelementen und andere Effekte bedingte Abweichungen von der linearen Spannungsverteilung entlang des Steuerkondensators zugelassen werden können, da sie infolge der speziellen Anordnung nur zu relativ geringen Beeinflussungen des Teilerstromes führen. Im Extremfall ist es sogar möglich, die erdseitige Teilkapazität C si des Steuerkondensators verschwinden zu lassen und im Ersatzschaltbild Fig. 2 Ce 0 zu setzen. Die Streukapazität Cel des untersten Potentialsteuerringes bildet dann allein die unterste Kapazität der Potentialsteuerung.
Da sich die einzelnen Potentialsteuerringe nach Art von Bundelleitem gegenseitig nach aussen abschirmen, ist es auch leicht möglich, die Ringe derart zu dimensionieren, dass an der Aussenseite der Ringe auch bei sehr grossen Spannungen keine Gllmmerscheinungen auftreten und dadurch die Steuerung auch bei hohen'Spannungen ohne Verfälschung erhalten bleibt.
Die Potentialsteuerringe können dabei mit zunehmendemHochspannungspotential in immer kürzeren Abständen aufeinanderfolgend angeordnet werden, wodurch bei gleicher Ausbildung der Ringe eine immer bessere gegenseitige Abschirmung nach dem Prinzip der Bündelleiter erreicht wird. Dadurch ist es möglich, die Oberflächen-Feldstärken an den Steuerelektroden und die Sicherheit gegen das Auftreten von Glimmerscheinungen in einfacher Weise zu koordinieren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kapazitätsarmer Spannungsteiler für höchste Spannungen, bei dem das Potential durch ringförmige, die Messimpedanz konzentrisch umgebende Elektroden, die mit zwischen denselben : angeordneten ge- sonderen Steuerkondensatoren gepolt sind, gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ringförmigen Steuerelektroden (B) um ein Mehrfaches grösser als der Durchmesser der eigentlichen Messimpedanz (A) ist und die Kapazitäten der Steuerkondensatoren (C) so gewählt sind, dass sich durch die
EMI2.2
Cgj)fähr eine lineare Spannungsverteilung über die Steuerkapazitäten und damit auch entlang der von diesen umgebenen Teilerimpedanz (J) ergibt.